USO DEL SUELO Y GRADO DE COBERTURA VEGETAL EN UNA CUENCA DEL CENTRO DE LA PROVINCIA DE BUENOS AIRES
María G. Ares1, Marcelo R. Varni2, Ilda Entraigas2 y Martín Marzoratti1
(1) Comisión de Investigaciones Científicas de la Prov. de Buenos Aires ([email protected]) (2) Instituto de Hidrología de Llanuras, CC 44, 7300 Azul, Argentina ([email protected])
RESUMEN
El uso del suelo y el grado de cobertura vegetal son parámetros importantes para estimar la potencialidad de escurrimiento superficial y erosión en una cuenca, y además para evaluar el desarrollo de cultivos, producción, etc. En este trabajo se evalúa la variación del uso del suelo y de la cobertura vegetal porcentual a lo largo de un año (abril de 2005 hasta marzo de 2006) en una cuenca agrícola ganadera del centro de la provincia de Buenos Aires, Argentina. Este ciclo anual, mientras no se produzcan modificaciones de estructura productiva de la zona, puede ser válido para muchos años más. Para lograr el objetivo buscado, se recurre a técnicas de procesamiento digital de imágenes satelitales y de sistemas de información geográfica. Así se determina el uso del suelo por medio de clasificación no supervisada de las imágenes. A cada uso luego se le asigna su cobertura porcentual estimada de manera conjunta según mediciones a campo y de acuerdo al estado fenológico, si se trata de cultivos. Se obtuvieron 12 categorías de uso a lo largo del año, a las que se agregan lagunas, afloramientos rocosos y montes. Los resultados muestran menores grados de cobertura en invierno, y presentan un mínimo del 66 % en septiembre, para luego crecer hasta alcanzar un máximo del 92 % en febrero y marzo, en el apogeo de los cultivos de soja y maíz.
Palabras clave: Cobertura vegetal, Uso del suelo, Teledetección
ABSTRACT
The agricultural land use and the degree of vegetal cover are important parameters to consider the potentiality of runoff and erosion in a basin and, in addition, to evaluate the development of crops, production, etc. In this work the variation of the land use and the vegetal cover throughout a year (April of 2005 until March of 2006) in a cattle agricultural river basin of the center of the Buenos Aires province, Argentina, is evaluated. This annual cycle, while modifications of productive structure of the zone do not take place, can be valid for many years. In order to obtain the desired objective, techniques of digital processing of satellite images and GIS are used. Thus the land use is determined by means of nonsupervised classification of the images. Then, to each use a percentage of cover is assigned according to field measurements and to the phenologic state, in the case of crops. 12 land use categories throughout the year are obtained, to which lagoons, rock outcrops and forest are added. The results show minor degrees of cover in winter, with a minimum of 66 % in September, and then grow until to reach a maximum of 92 % in February and March, in the apogee of the cultures of soybean and maize.
Uso del Suelo y Grado de Cobertura Vegetal en una Cuenca del Centro de la Provincia de Buenos Aires
INTRODUCCIÓN
Los efectos de las inundaciones en la ciudad de Azul han sido de gran importancia, y su mayor expresión fue la inundación del año 1980. Desde entonces, la ciudad ha sufrido recurrentes desbordes, con fre-cuencia creciente. También han sido importantes los efectos de la erosión hídrica en la zona de mayores pendientes de la cuenca, ubicada en las Sierras del Sistema de Tandilia.
El uso de la tierra tiene influencia directa sobre mu-chos aspectos ambientales, tales como escurrimiento y erosión (Walling, 1999; Lu et al., 2003), calidad del agua de ríos (Arheimer y Liden, 2000; Ahearn et al., 2005), posibles modificaciones al ciclo del fósfo-ro (McDowell et al., 2002), etc.
La vegetación es reconocida como un factor eficiente para prevenir la erosión, y es utilizada como una medida importante para la conservación del suelo y del agua (Pan y Shangguan, 2006). El follaje de los cultivos y el mantillo mantienen el potencial de infil-tración impidiendo el sellado de la superficie del suelo producido por el impacto de las gotas de lluvia. La intercepción por el follaje retrasa el período ini-cial de escurrimiento. Asimismo, la vegetación y sus residuos constituyen numerosas barreras para el flujo del agua sobre la superficie del suelo: la rugosidad se incrementa y disminuye la velocidad de movimiento del agua, aumenta el tiempo disponible para la infil-tración, lo que resulta en un aumento del tiempo de concentración y en una reducción del pico del hidro-grama (USDA SCS, 1985). Por lo tanto, para calibrar modelos de predicción de escurrimiento y erosión, el conocimiento de la variación espacial y temporal de la cobertura vegetal es de fundamental importancia (Mishra y Singh, 2003; Toy et al., 2002).
Es fundamental definir cobertura y uso del suelo, ya que existen varias clasificaciones posibles. Se entien-de por tipo entien-de cobertura entien-del suelo a la cobertura bio-física sobre la superficie del terreno (Di Gregorio y Jansen, 2005). Pero, en este trabajo se considera la cobertura desde el punto de vista del grado de cober-tura del suelo refiriéndonos a la cobercober-tura biofísica medida como porcentaje del área total. En el sentido más estricto, esto se limitaría a la vegetación y a estructuras creadas por el hombre. Por lo tanto, áreas donde la superficie consiste en roca o suelo desnudo son terreno en sí y no cobertura del terreno. Sin embargo, en la práctica, la comunidad científica los incluye generalmente como cobertura del terreno. Se hace una consideración análoga respecto a los
cuer-pos de agua. Por otra parte, el uso de la tierra se refie-re a las actividades y modificaciones que el hombrefie-re realiza en cierto tipo de cobertura del suelo para producirlo, mantenerlo o modificarlo (Di Gregorio y Jansen, 2005). Esta definición de uso de la tierra establece un vínculo directo entre el tipo de cobertura del suelo y las acciones del hombre en este ambiente.
El objetivo de este trabajo es evaluar la variación del uso del suelo y del grado de cobertura vegetal a lo largo de un año mediante el análisis y clasificación de imágenes del satélite Sac-C en la cuenca del arro-yo Santa Catalina, afluente del arroarro-yo del Azul. Para ello, en primer lugar se determinan los diferentes usos del suelo mediante la utilización de imágenes satelitales. Estos usos se verifican en visitas a cam-po, pero además, con las observaciones realizadas en dichas visitas y de acuerdo al estado fenológico de los cultivos (usos) se les asigna para la fecha de cada imagen un grado porcentual de cobertura del terreno.
La cuenca tiene una superficie de 12295 ha y se encuentra dentro de la cuenca superior del arroyo del Azul, ubicada en el centro de la provincia de Buenos Aires (Figura 1). La pendiente media del terreno de esta última es del 5 % y decrece hasta el 0,8 % en la zona norte de la cuenca (Sala et al., 1987). El arroyo Santa Catalina tiene sus nacientes en zona serrana, pero luego se desarrolla en la zona pedemontana para finalmente volcar sus aguas en el arroyo del Azul.
METODOLOGÍA
Figura 1. Ubicación de la cuenca del arroyo Santa Catalina en a cuenca superior del arroyo del Azul
Sac-C detecta la radiación proveniente de la superficie de la Tierra en cinco bandas del espectro electromagnético, especialmente para conocer el uso de la tierra. En este trabajo, el uso del suelo en la zona de estudio está asociado fundamentalmente a las actividades agrícolas y ganaderas (cultivos, pasturas naturales e implantadas, rastrojos, suelo desnudo, montes, agua, etc). Las bandas del visible, el infrarrojo cercano y medio, contenidas en la misión SAC-C parecen suficientes para discriminar los usos mencionados.
El método de clasificación utilizado es de clasificación no supervisada. Este proceso consiste en una serie de operaciones numéricas que realiza el software en las que busca el agrupamiento natural de los píxeles por su comportamiento espectral homogéneo (Jensen, 1996). Dichos agrupamientos se suponen en principio vinculados a distintos usos de la tierra. Una vez que los datos fueron agrupados o clasificados, el analista a posteriori asigna esas clases naturales o espectrales a las clases de información de interés (Jensen, 1996; Chuvieco, 2002), en este caso, a los usos del suelo.
El procedimiento de agrupamiento no supervisado utilizado implementa una variante especial de una
Uso del Suelo y Grado de Cobertura Vegetal en una Cuenca del Centro de la Provincia de Buenos Aires
La rutina antes explicada se sigue, en general, mes a mes, dependiendo de la disponibilidad de imágenes. En este caso, el período de análisis del uso del suelo se extiende desde abril de 2005 hasta marzo de 2006. Los autores consideran que, de mantenerse condiciones similares en el contexto internacional respecto a la demanda de granos y carne, este ciclo no sufrirá variaciones drásticas.
En cuanto al grado de cobertura del suelo, se realiza su estimación de manera conjunta, por medio de algunas mediciones realizadas a campo utilizando el método de la transecta (USDA SCS, 1992), del estado fenológico de los cultivos y la observación a campo de los distintos usos del suelo en todas las fechas de análisis. De esta manera se establece para cada uso del suelo su cobertura porcentual. Por último se procede a elaborar el mapa correspondiente a esta variable, por medio de la reclasificación de cada uno de los mapas de uso de la tierra antes descriptos, asignando el valor porcentual que le pertenece.
RESULTADOS
En la Tabla 1 se expone la variación de la superficie correspondiente a cada uso y su cobertura porcen-tual, determinadas desde abril de 2005 a marzo de 2006. Cabe señalar aquí que para las categorías
monte, roca y lagunas y bajos se utilizaron máscaras, ya que resultó muy dificultosa su discriminación a lo largo de todo el período analizado, por lo que se optó por superponer los polígonos correspondientes a cada una de dichas categorías que fueron digitali-zados sobre imágenes de mayor resolución espacial (Landsat y Spot).
Uso del suelo
En los meses de análisis se identificaron 12 usos, además de las categorías monte, roca y lagunas y bajos. Se encontró una superficie promedio de 4696 ha (36% del área de la cuenca) destinadas al pastoreo de ganado, correspondiente a pajonal, cam-po natural y pasturas implantadas. Esto concuerda con la preponderancia de la actividad ganadera, en algunos casos mixta (sobre todo en la zona más llana), ubicada al norte de la cuenca.
Si se detalla su evolución a lo largo del período de estudio, la superficie ocupada por las pasturas natu-rales e implantadas fue mayor desde abril a octubre, con un área promedio de 5278 ha (40.6% de la su-perficie total), lo que podría deberse a la presencia de verdeos de invierno. En el período diciembre a marzo, dicha área fue menor, de 3969 ha (30.55% de la superficie de la cuenca). En estos meses parte del área de los verdeos se destina a cultivos de cosecha gruesa. Se debe aclarar también que durante esta
Tabla 1. Variación de la superficie de uso del suelo (%) y de su cobertura porcentual a lo largo de un ciclo anual.
Area Cob Area Cob Area Cob Area Cob Area Cob Area Cob Area Cob Area Cob Area Cob
Pajonal 4.7 95 2.8 95 10.0 90 7.5 90 7.9 95 5.2 100 4.8 100
Pajonal, Campo Natural y Pasturas
Degradadas 20.9 100 26.7 100
Campo Natural y Pasturas
Degradadas 28.6 95 29.5 95 25.5 90 10.3 90 18.7 95 22.4 100 11.4 100
Rastrojo y Suelo Desnudo 17.1 60 39.1 60 23.7 70 11.9 70 14.2 70 Rastrojos y Cultivos Incipientes s/
Rastrojos 9.1 70 36.5 80 17.5 80 17.0 80
Pasturas y Campo Natural Verde 17.5 85 5.2 85 8.5 85 17.8 85 8.7 95 1.4 100
Pasturas Buenas, Maíz y Girasol 6.9 95 7.1 100 15.3 95
Vegetación Seca* 25.1 95 16.4 95 5.7 85
Suelo Desnudo y Cultivos
Incipientes 19.7 30 22.9 30 13.5 30 29.4 45 0.8 45
Trigo y Cereales de Invierno 22.7 70 30.1 95 32.1 100
Soja 2ª 12.1 90 11.0 100
Soja 1ª 22.1 85 28.7 100 33.4 100
Montes 0.5 90 0.5 90 0.5 90 0.5 90 0.5 90 0.5 90 0.5 90 0.5 90 0.5 90
Roca 6.4 45 6.4 45 6.4 45 6.4 45 6.4 45 6.4 45 6.4 45 6.4 45 6.4 45
Lagunas y Bajos** 0.1 – 0.1 – 0.1 – 0.1 – 0.1 – 0.1 – 0.1 – 0.1 – 0.1 –
PROMEDIO PONDERADO 100 84 78 70 66 79 77 85 92 92
*En el mes de abril incluye a los cultivos próximos a cosecha y a campo natural seco. En los meses de mayo y julio corresponde a campo natural seco ** No se asignó valor de cobertura porcentual
MARZO
última etapa no fue posible discriminar la superficie de las pasturas en buen estado de aquella correspon-diente a cultivos de maíz, por su comportamiento espectral similar.
En cuanto al uso agrícola, un promedio de 2686 ha estuvieron ocupadas por rastrojos desde abril de 2005 a marzo de 2006. Los valores máximos se presenta-ron en los meses de mayo de 2005 (5077 ha, corres-pondiente a un 39% de la cuenca) posterior a la cose-cha de cultivos de maíz y soja principalmente, mien-tras que en el mes de enero de 2006 se determinó una superficie de rastrojos de 4740 ha, que representa un 36.5% del área de la cuenca, pertenecientes en su mayoría a cultivos de trigo. Cabe aclarar que parte de esta área se destina a los cultivos de soja de segunda.
La superficie correspondiente a suelo desnudo y cultivos incipientes se discriminó entre los meses de julio y enero, con máximos en septiembre (2974 ha), debido en su mayoría a la siembra realizada en sue-los bajo labranza tradicional durante sue-los meses de julio y agosto. En el mes de diciembre de 2005, dicha área representó un 29% (3822 ha), y estuvo destinada principalmente al cultivo de soja, cuya siembra se produce en el mes de noviembre.
Los cultivos de trigo y los cereales de invierno (ce-bada) ocuparon un área final de 4178 ha (32% de la cuenca). Por otro lado, se destinó un 33% de la su-perficie (4339 ha) al cultivo de soja de primera, mientras que al de soja de segunda un 11% de la misma (1430 ha), o sea que esta última ocupa un tercio del área que se dedica a la de primera.
En las Figuras 2 y 3 se presentan la distribución espacial de uso del suelo para los meses de abril y octubre de 2005.
Cobertura Porcentual
La cobertura porcentual media de la cuenca muestra una disminución paulatina desde el mes de marzo (92%) hasta el mes de septiembre con el 66% (Tabla 1 y Figu-ra 4). En el primer mes de esta etapa, la cobertuFigu-ra del 84% se relaciona básicamente con pasturas naturales e implantadas y con cultivos de verano en el final de su ciclo (soja principalmente y maíz, incluidos en la cate-goría vegetación seca). Asimismo, entre marzo y abril se da la cosecha de dichos cultivos, por lo que el suelo pasa a estar ocupado por sus rastrojos. Por otro lado, desde el mes de mayo, las pasturas entrarán en el reposo invernal, momento de poco crecimiento en el cual pre-sentarán los menores valores de cobertura porcentual
del año. Durante julio y septiembre aumenta la superfi-cie de suelo desnudo debido a la siembra y período de implantación de cultivos de invierno realizados sobre suelos con algún tipo de labranza, razón por la cual se registran los menores porcentajes de cobertura del suelo (70% en julio y 66% en septiembre). Desde el mes de octubre se produce un incremento en este porcentaje (79%) debido al estado de desarrollo de los cereales de invierno y al rebrote primaveral de pasturas naturales e implantadas. En el mes de diciembre ocurre un leve descenso en los valores a un 77% por la siembra recien-te de cierta proporción de cultivos de maíz y soja sobre suelos laboreados. Finalmente, desde enero hasta el final del ciclo de análisis, se incrementa el grado de cobertura de la cuenca hasta un 92% por el paulatino desarrollo de cultivos de verano tanto de primera como de segunda siembra.
Figura 2. Uso del suelo para el mes de abril de 2005
Uso del Suelo y Grado de Cobertura Vegetal en una Cuenca del Centro de la Provincia de Buenos Aires
60 65 70 75 80 85 90 95 100
Abril
2005
M
ay
o
2005
J
ulio
2005
Sept
2005
Oc
t
2005
D
ic
2005
Enero 2006
F
ebrero 2006 Marz
o
2006
% Cober
tura
Figura 4. Cobertura vegetal durante el período abril 2005-mazo 2006
En las Figuras 5 y 6 se muestra la distribución espa-cial de la cobertura porcentual en tres rangos de
valores (mayor al 75%; entre 50 y 75% y menor al 50%) para los meses de abril y octubre de 2005.
Figura 5. Rangos de cobertura porcentual (abril de 2005) Figura 6. Rangos de cobertura porcentual (octubre de 2005)
CONCLUSIONES
Utilizando técnicas de procesamiento digital de imágenes satelitales y de sistemas de información geográfica, junto con tareas de verificación en cam-po, se logró establecer la variación del uso de la tierra a lo largo de un ciclo anual en la cuenca del arroyo Santa Catalina, provincia de Buenos Aires.
Por medio de la asociación de cada uso a una cober-tura porcentual media en cada época del año, se determinó la variación temporal de esta última en la cuenca, lo que constituye una herramienta funda-mental para la aplicación de modelos de escurri-miento y erosión. Dichos valores porcentuales se
determinar valores del escurrimiento potencial de una cuenca en una época del año.
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